CS265451B1

CS265451B1 - Wiring for Semitransfered Arc Creation

Info

Publication number: CS265451B1
Application number: CS852993A
Authority: CS
Inventors: Karel Ing Zverina; Jay F Schnackel
Original assignee: Zverina Karel; Jay F Schnackel
Priority date: 1985-04-24
Filing date: 1985-04-24
Publication date: 1989-10-13
Also published as: CS299385A1

Abstract

Řešení se týká oblasti plazmové techniky a řeší plazmové stříkání povrchových vrstev na elektricky vodivý podložní materiál kapalinou stabilizovaným plazmovým generáy torem. Jde o vytvoření semitransferovaného oblouků mezi jednou z elektrod plazmového generátoru a podložním materiálem a ovládání hustoty, teploty a rozměrů proudu plazmatu a teploty a reaktivity povrchu podložního materiálu změnami jeho potenciálu. Na katodu kapalinou stabilizovaného plazmového generátoru je připojen záporný pól prvního stejnosměrného zdroje a na anodu kladný pól prvního stejnosměrného zdroje. Druhý stejnosměrný zdroj je zapojen mezi katodu plazmového generátoru a podložní materiál přes spínač. Řešení je možno využít zejména v oblasti povrchové ochrany.The solution concerns the field of plasma technology and solves the plasma spraying of surface layers onto an electrically conductive substrate material using a liquid-stabilized plasma generator. It involves the creation of a semi-transferred arc between one of the electrodes of the plasma generator and the substrate material and the control of the density, temperature and dimensions of the plasma stream and the temperature and reactivity of the surface of the substrate material by changing its potential. The negative pole of the first direct current source is connected to the cathode of the liquid-stabilized plasma generator and the positive pole of the first direct current source is connected to the anode. The second direct current source is connected between the cathode of the plasma generator and the substrate material via a switch. The solution can be used in particular in the field of surface protection.

Description

Vynález se týká zapojeni pro vytváření semitransferovaného oblouku u kapalinou stabili\ zovaných plazmových generátorů, určených zejména pro nanášení povrchových ochranných vrstev.The invention relates to a circuit for creating a semi-transferred arc in liquid-stabilized plasma generators, intended in particular for applying surface protective layers.

Pro vytváření povrchových ochranných vrstev se užívají jak plynem stabilizované, tak kapalinou stabilizované plazmové generátory. U známých kapalinou stabilizovaných plazmových generátorů elektrický oblouk hoři mezi tyčovou katodou a okrajem rotační anody. Proud plazmatu se pak vyfukuje směrem k zpracovávanému materiálu nezávisle na elektrickém oblouku. Stabilizační kapalina, zejména voda, přiváděná do stabilizační komory plazmového generátoru obklopuje elektrický oblouk a její vrstva disociuje a je uvedena do plazmatického stavu. Plazma pak tryskou proudí ven ze stabilizační komory. Do proudu plazmatu se v oblasti anody nebo za ní vnáší práškový nástřikový materiál, taví se, popřípadě se uvádí do plynného nebo plazmatického stavu podle energie porudu plazmatu a vlastností nástřikového materiálu.Both gas-stabilized and liquid-stabilized plasma generators are used to create surface protective layers. In known liquid-stabilized plasma generators, an electric arc burns between a rod cathode and the edge of a rotating anode. The plasma stream is then blown towards the material being processed independently of the electric arc. The stabilizing liquid, in particular water, fed into the stabilization chamber of the plasma generator surrounds the electric arc and its layer dissociates and is brought into a plasma state. The plasma then flows out of the stabilization chamber through a nozzle. Powdered spray material is introduced into the plasma stream in or behind the anode region, melted, or brought into a gaseous or plasma state depending on the energy of the plasma discharge and the properties of the spray material.

Proud plazmatu vycházející z trysky má pouze omezenou délku. Nabité částice v proudu plazmatu za anodou rekombinuji, čímž se uvolňuje tepelná energie. Toto uvolňování tepelné energie dává proudu plazmatu velmi vysokou teplotu. U konce porudu plazmatu nabité částice rekombinuji do různých sloučenin. Tyto sloučeniny jsou pak nanášeny na zpracovávaný podložní materiál a vytvářejí na něm povlak složený z těchto sloučenin.The plasma stream emerging from the nozzle has only a limited length. The charged particles in the plasma stream recombine behind the anode, releasing thermal energy. This release of thermal energy gives the plasma stream a very high temperature. At the end of the plasma stream, the charged particles recombine into various compounds. These compounds are then deposited on the substrate material to be processed, forming a coating of these compounds on it.

U známých kapalinou stabilizovaných plazmových generátorů pro plazmové stříkání, jestliže se podložní materiál nalézá v oblasti kam již nedosahuje proud plazmatu, je v oblasti zpracovávaného povrchu koncentrace nabitých částic prakticky nulová. Za těchto podmínek povrch podložního materiálu není chemicky aktivní nebo zůsobilý chemicky reagovat se složkami nástřiku, které byly před nanesením na povrch rekombinovány. Výsledkem pak je vytvoření vazby fyzikálního typu mezi podložním materiálem a povlakem.In known liquid-stabilized plasma generators for plasma spraying, if the substrate is in an area where the plasma stream no longer reaches, the concentration of charged particles in the area of the surface being treated is practically zero. Under these conditions, the surface of the substrate is not chemically active or capable of chemically reacting with the components of the spray that have been recombined before being applied to the surface. The result is the formation of a physical type of bond between the substrate and the coating.

V některých případech fyzikální vazba povlaku k podložnímu materiálu postačuje. Je však mnoho nástřikových aplikací, kdy je žádoucí vytvořit povlak chemicky vázaný k podložnímu materiálu. iIn some cases, a physical bond of the coating to the substrate is sufficient. However, there are many spray applications where it is desirable to create a coating that is chemically bonded to the substrate. i

Je zřejmé, že teplota podložního materiálu a teplota nástřikového materiálu nanášeného J na podložní materiál jsou dva základní parametry, které musí být zvažovány při snaze o vytvoření chemické vazby. Vznik chemické vazby je pravděpodobnější, když je část nástřikového materiálu při povrchu podložního materiálu ionizována. Tendence povrchu podložního materiálu ¹ chemicky reagovat s nástřikovým materiálem se zvyšuje v souladu se zvyšováním teploty. Je t proto žádoucí vytvořit semitransferovaný kapalinou stabilizovaný plazmový generátor, kde se teplota povrchu podložního materiálu zvyšuje na teplotu při níž má povrch schopnost chemicky reagovat s nástřikovým materiálem.It is clear that the temperature of the substrate and the temperature of the coating applied to the substrate are two fundamental parameters that must be considered when attempting to form a chemical bond. The formation of a chemical bond is more likely when a portion of the coating is ionized at the surface of the substrate. The tendency of the substrate surface ^to chemically react with the coating increases with increasing temperature. It is therefore desirable to provide a semi-transferred liquid-stabilized plasma generator in which the temperature of the substrate surface is increased to a temperature at which the surface is capable of chemically reacting with the coating.

Jiným parametrem, který musí být uvažován, je rychlost, jíž jsou částice nástřikového materiálu nanášeny na povrch podložního materiálu. Známé kapalinou stabilizované plazmové generátory pracuji tak, že se nástřikový materiál nanáší na podložní materiál rychlostí dostačující k tomu, aby se vytvořila vazba mezi podložním materiálem a povlakem. Jde ovšem o vazbu fyzikálního typu. Pokud je žádoucí vytvořit vazbu chemického typu, bude žádoucí zvýšit rychlost nanášení nástřikového materiálu na podložní materiál nad rychlost dosažitelnou těmito známými kapalinou stabilizovanými plazmovými generátory.Another parameter that must be considered is the rate at which the particles of the spray material are deposited on the surface of the substrate. Known liquid stabilized plasma generators operate in such a way that the spray material is deposited on the substrate at a rate sufficient to form a bond between the substrate and the coating. This is, however, a physical type of bond. If it is desired to form a chemical type of bond, it will be desirable to increase the rate of deposition of the spray material onto the substrate above the rate achievable by these known liquid stabilized plasma generators.

**

U některých aplikací je žádoucí vytvořit v nástřiku různé sloučeniny, jako například oxidy, karbidy a nitridy. Přímé vnášení práškového karbidového nebo podobného materiálu do proudu plazmatu může způsobovat obtíže. Proto je v.některých případech žádoucí, aby stabilizační kapalina byla takového chemického složení, aby obsahovala nezbytné komponenty pro tvorbu požadovaných sloučenin, jako kyslíkové, uhlíkové nebo dusíkové atomy nutné pro tvorbu oxidů, karbidů a nitridů. Stejně však, jestliže teplota povrchu podložního materiálu není dostatečně vysoká a rychlost proudu plazmatu není dostatečně vysoká, nedochází k optimální tvorbě příslušných sloučenin. Proto je žádoucí vytvořit kapalinou stabilizovaný plazmový generátor se semitransferovaným obloukem, umožňujícím dosažení provozních parametrů pro optimální tvorbu sloučenin v povlaku, například oxidů, nitridů a karbidů, kde nejméně část sloučeniny vytvářejících složek, jako atomy, volné elektrony a ionty jsou složkami stabilizační kapaliny.In some applications, it is desirable to form various compounds in the spray, such as oxides, carbides and nitrides. Direct introduction of powdered carbide or similar material into the plasma stream can cause difficulties. Therefore, in some cases, it is desirable that the stabilizing liquid be of such a chemical composition that it contains the necessary components for the formation of the desired compounds, such as oxygen, carbon or nitrogen atoms necessary for the formation of oxides, carbides and nitrides. However, if the surface temperature of the substrate material is not high enough and the plasma stream velocity is not high enough, the formation of the relevant compounds does not occur optimally. Therefore, it is desirable to provide a liquid-stabilized plasma generator with a semi-transferred arc, allowing the achievement of operating parameters for the optimal formation of compounds in the coating, for example oxides, nitrides and carbides, where at least a portion of the compound-forming components, such as atoms, free electrons and ions, are components of the stabilizing liquid.

V některých nástřikových aplikacích je žádoucí, aby některé sloučeniny byly vytvářeny v povlaku, ze složek obsažených v materiálu anody plazmového generátoru. Jinými slovy, anoda může obsahovat materiály jako železo, med, hliník nebo grafit, pokud je žádoucí aby některý z těchto materiálů tvořil složku povlaku. Pro tyto účely je vhodný kapalinou stabilizovaný plazmový generátor se semitransferovaným obloukem, jehož provozní parametry zajistí optimální vytváření sloučenin v povlaku, kde jednotlivé složky těchto sloučenin, jako atomy, volné elektrony a ionty jsou obsaženy v anodě.In some spraying applications, it is desirable that some compounds be formed in the coating from components contained in the anode material of the plasma generator. In other words, the anode may contain materials such as iron, copper, aluminum or graphite, if it is desired that any of these materials form a component of the coating. For these purposes, a liquid-stabilized plasma generator with a semi-transferred arc is suitable, the operating parameters of which ensure optimal formation of compounds in the coating, where the individual components of these compounds, such as atoms, free electrons and ions, are contained in the anode.

V určitých aplikacích bude žádoucí vytvořit povlak na podložním materiálu obsahující nestechiometrické sloučeniny nebo sloučeniny, které jsou chemicky přechodné v chemických reakcích probíhajících za konstantní teploty. Změnami teploty chemické reakce může být ovládána příprava přechodné sloučeniny. I pro tento účel je vhodný kapalinou stabilizovaný plazmový generátor, umožňující ovládat nebo měnit teplotu povrchu podložního materiálu.In certain applications, it will be desirable to form a coating on a substrate containing non-stoichiometric compounds or compounds that are chemically transient in chemical reactions occurring at constant temperature. By changing the temperature of the chemical reaction, the preparation of the transient compound can be controlled. A liquid-stabilized plasma generator is also suitable for this purpose, allowing the control or variation of the temperature of the substrate surface.

V některých nástřikových aplikacích bude žádoucí, aby povrch podložního materiálu snadno reagoval s nátřikovým materiálem. To bude zvýrazněno, jestliže povrch bude zbaven elektronů a zůstanou na něm nabité ionty. Tyto ionty pak budou snadno reagovat s nástřikovým materiálem. Pro tento účel je velmi vhodné vytvořit takový kapalinou stabilizovaný plazmový generátor nebo takové jeho zapojení, které by umožnilo migraci elektronů z povrchu podložního materiálu.In some spraying applications it will be desirable for the surface of the substrate to react readily with the spraying material. This will be accentuated if the surface is stripped of electrons and charged ions remain on it. These ions will then react readily with the spraying material. For this purpose it is very convenient to create such a liquid stabilized plasma generator or such a circuit thereof that would allow the migration of electrons from the surface of the substrate material.

Souhrně tedy lze konstatovat, že hlavním nedostatkem známých způsobů plazmového nanášení povrchových vrstev na podložní materiály respektive známých, k tomu účelu používaných zařízení je základní princip jejich činnosti založený na vytváření fyzikální vazby nástřikového materiálu s podložním materiálem. Známá zařízení pak neumožňují řízení reaktivity podložního materiálu zejména vhodnou regulací teploty a rozměrů dostatečně hustého proudu plazmatu v průběhu nanášení nástřikového materiálu.In summary, it can be stated that the main drawback of known methods of plasma deposition of surface layers on substrate materials, or rather known devices used for this purpose, is the basic principle of their operation based on the creation of a physical bond between the sprayed material and the substrate material. Known devices do not allow control of the reactivity of the substrate material, in particular by appropriate regulation of the temperature and dimensions of a sufficiently dense plasma stream during the deposition of the sprayed material.

Uvedené nedostatky odstraňuje zapojení pro vytváření semitransferovaného oblouku podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se vytvoří proud plazmatu směřující k podložnímu materiálu. Délka proudu plazmatu vytvářeného vstřikováním vody do oblouku hořícího mezi katodou a anodou se může měnit změnami potenciálu mezi podložním materiálem a jednou z elektrod plazmového generátoru. Kapalinou stabilizovaný plazmový generátor má na katodu připojen záporný pól prvního stejnosměrného zdroje a na anodu kladný pól prvního stejnosměrného zdroje. Druhý stejnosměrný zdroj je zapojen mezi katodu plazmového generátoru a podložní materiál přes spínač. Do proudu plazmatu se může vnášet nástřikový materiál.The above-mentioned shortcomings are eliminated by the circuit for creating a semi-transferred arc according to the invention, the essence of which consists in creating a plasma stream directed towards the substrate material. The length of the plasma stream created by injecting water into the arc burning between the cathode and the anode can be changed by changes in the potential between the substrate material and one of the electrodes of the plasma generator. The liquid-stabilized plasma generator has the negative pole of the first direct current source connected to the cathode and the positive pole of the first direct current source connected to the anode. The second direct current source is connected between the cathode of the plasma generator and the substrate material via a switch. The injection material can be introduced into the plasma stream.

Výhoda zapojení podle vynálezu spočívá v tom, že vytváření vazeb fyzikálního i chemického typu je možno v průběhu nanášení nástřikového materiálu na podložku libovolně němit.The advantage of the connection according to the invention lies in the fact that the formation of bonds of both physical and chemical type can be arbitrarily muted during the application of the spray material to the substrate.

Příklady provedení vynálezu jsou znázorněny na přiloženém vyobrazení, kde obr. 1 představuje schéma uspořádání a zapojení podle vynálezu, na obr. 2 je schéma zapojení s kladným pólem přídavného elektrického zdroje připojeným na podložní materiál a záporným pólem přídavného elektrického zdroje spojeným s tyčovou katodou, na obr. 3 je schéma zapojení s kladným pólem přídavného zdroje spojeným s katodou a záporným pólem přídavného zdroje připojeným na podložní materiál, na obr. 4 je schéma zapojení s kladným pólem přídavného zdroje připojeným k podložnímu materiálu a záporným pólem přídavného zdroje spojeným a anodou, na obr. 5 je schéma zapojení s kladným pólem přídavného zdroje spojeným s anodou a záporným pólem přídavného zdroje připojeným k podložnímu materiálu, na obr. 6 je schematicky znázorněn detail zařízení podle obr. 1 zobrazující dráhu proudu plazmatu při přítomnosti kladného potenciálu na podložním materiálu a při nulovém potenciálu podložního materiálu, na obr. 7 je schéma varianty zapojení podle vynálezu při zapojení podle obr. 5 a na obr. 8 je schéma další varianty zapojeni podle vynálezu s jedním stejmosměrným zdrojem.Examples of embodiments of the invention are shown in the accompanying drawings, where Fig. 1 is a diagram of the arrangement and connection according to the invention, Fig. 2 is a circuit diagram with the positive pole of the additional electrical source connected to the substrate material and the negative pole of the additional electrical source connected to the rod cathode, Fig. 3 is a circuit diagram with the positive pole of the additional source connected to the cathode and the negative pole of the additional source connected to the substrate material, Fig. 4 is a circuit diagram with the positive pole of the additional source connected to the substrate material and the negative pole of the additional source connected to the anode, Fig. 5 is a circuit diagram with the positive pole of the additional source connected to the anode and the negative pole of the additional source connected to the substrate material, Fig. 6 is a schematic illustration of a detail of the device according to Fig. 1 showing the path of the plasma current in the presence of a positive potential on the substrate material and at zero potential of the substrate material, Fig. 7 is a diagram of a variant of the circuit according to the invention in the circuit according to Fig. 5 and Fig. 8 is a diagram of another variant of the connection according to the invention with one DC source.

Jak je patrné z obr. 1, zařízení 20 podle vynálezu obsahuje plazmový generátor s tělesem 22 generátoru obsahujícím tyčovou katodu 24. K tělesu 22 generátoru je připojen zdroj 26 stabilizační kapaliny, zejména vody, alkoholu nebo pikolinu. Uspořádání plazmového generátoru dále obsahuje zařízení 30 rotační anody s vlastní rotační anodou 32. Směrem po proudu plazmatu je za anodou 32 umístěn zdroj 28 stříkajícího materiálu, zejména v práškové formě, který tak může být podáván do proudu plazmatu. Ve vhodné vzdálenosti od tělesa 22 generátoru je umístěn podložní materiál 36 tak, že jeho povrch 38 se nachází ve vzdálenosti L od trysky 29 generátoru. První stejnosměrný zdroj 40 má kladnou svorku 42 připojenu vedením 44 k anodovému zařízení 30 a zápornou svorku 46 připojenou vedením 48 k tyčové katodě 24. uspořádání plazmového generátoru dále obsahuje druhý stejnosměrný zdroj 50 jehož kladná svorka 52 je vedením 54 přes spínač 56 připojena na podložní materiál 36 a jehož záporná svorka 58 je vedením 60 přes spínač 62 spojena s tyčovou katodou 24. Jak bude dále uvedeno, mohou být pro kapalinou stabilizovaný plazmový generátor se semitransferovaným obloukem použity různé varianty elektrického zapojení. Z obr. 1 je ještě patrný proud plazmatu 64.As can be seen from Fig. 1, the device 20 according to the invention comprises a plasma generator with a generator body 22 containing a rod cathode 24. A source 26 of a stabilizing liquid, in particular water, alcohol or picoline, is connected to the generator body 22. The plasma generator arrangement further comprises a rotating anode device 30 with its own rotating anode 32. Downstream of the plasma stream, a source 28 of sprayed material, in particular in powder form, is located behind the anode 32, which can thus be fed into the plasma stream. A substrate material 36 is located at a suitable distance from the generator body 22 such that its surface 38 is located at a distance L from the nozzle 29 of the generator. The first DC power source 40 has a positive terminal 42 connected by a line 44 to the anode device 30 and a negative terminal 46 connected by a line 48 to the rod cathode 24. The plasma generator arrangement further includes a second DC power source 50 whose positive terminal 52 is connected by a line 54 via a switch 56 to the substrate material 36 and whose negative terminal 58 is connected by a line 60 via a switch 62 to the rod cathode 24. As will be discussed below, various electrical connections can be used for a liquid-stabilized plasma generator with a semi-transferred arc. In Fig. 1, the plasma stream 64 is also visible.

Funkce zapojení podle obr. 1 je následující. Pokud jde o vlastní kapalinou stabilizovaný plazmový generátor.The function of the circuit according to Fig. 1 is as follows. As for the liquid-stabilized plasma generator itself.

Napětí svorky 52 druhého elektrického zdroje 50 je obecně větší než napětí svorky 42 prvního elektrického zdroje 40, například při napětí druhého zdroje 50, 800 V a prvního zdroje 40, 500 V. Druhý přídavný elektrický zdroj je výhodně regulovatelný, jak napětově, například v rozmezí mezi 300 V áž 800 V, tak proudově, například v rozmezí 50 A až 300 A. Zabezpečením možnosti změn elektrických parametrů zařízeni lze ovládat koncentraci nabitých částic u povrchu podložního materiálu i teplotu podložního materiálu, což je význačným přínosem vynálezu.The voltage of the terminal 52 of the second electrical source 50 is generally greater than the voltage of the terminal 42 of the first electrical source 40, for example, at a voltage of the second source 50 of 800 V and the first source 40 of 500 V. The second additional electrical source is preferably adjustable, both in terms of voltage, for example in the range between 300 V and 800 V, and in terms of current, for example in the range between 50 A and 300 A. By providing the possibility of changing the electrical parameters of the device, it is possible to control the concentration of charged particles at the surface of the substrate material and the temperature of the substrate material, which is a significant benefit of the invention.

Na obr. 6 jsou zobrazeny spínač 56 a 62 z obr. 1 jak v otevřené, tak v uzavřené poloze. Když jsou spínače 56 a 62 otevřeny, kapalinou stabilizovaný plazmový generátor pracuje jako generátor s netransferovaným obloukem. Když je na katodu 24 a anodu 32 přiveden stejnosměrný elektrický proud, vznikne mezi nimi elektrický oblouk 70. Do komory tělesa 22 generátoru je přiváděna stabilizační kapalina vytvářející zde vír, jehož se oblouk 70 dotýká. Vlivem velkého množství energie dodávané do kapaliny tak nastává její disociace do plazmatického stavu, na ionty a volné elektrony. Stupeň disociace závisí na množství energie dodávané elektrickým obloukem 70.In Fig. 6, the switches 56 and 62 of Fig. 1 are shown in both the open and closed positions. When the switches 56 and 62 are open, the liquid stabilized plasma generator operates as a generator with a non-transferred arc. When a direct current is applied to the cathode 24 and the anode 32, an electric arc 70 is formed between them. A stabilizing liquid is supplied to the chamber of the generator body 22, creating a vortex there, which the arc 70 touches. Due to the influence of a large amount of energy supplied to the liquid, its dissociation into a plasma state, ions and free electrons, occurs. The degree of dissociation depends on the amount of energy supplied by the electric arc 70.

Plazma vychází tryskou 29 pod velkým tlakem jako proud plazmatu. Jak je patrné z obr. 6, tento proud plazmatu označený jako 64a, kde označení a značí, že spínač 56 a 62 jsou otevřeny, končí před podložním materiálem 36.The plasma exits the nozzle 29 under high pressure as a plasma jet. As can be seen in FIG. 6, this plasma jet, designated 64a, where the designation a indicates that the switches 56 and 62 are open, terminates before the substrate 36.

Poté kdy proud plazmatu 64 projde elektrickým obloukem 70, přestane získávat energii a ionty v proudu plazmatu 64 začínají rekombinovat, čímž se vytváří tepelná energie udávající teplotu proudu plazmatu 64. Koncentrace nabitých částic v proudu plazmatu 64 se během pohybu směrem k podložnímu materiálu 36 snižuje. Teplota proudu plazmatu 64 je vyšší v oblastech vyšší koncentrace nabitých částic. Je to patrné z obr. 6, kde teplota proudu plazmatu 64 v bodě A (T_a) je větší než teplota proudu plazmatu 64 v bodě B (T^). Je zřejmé, že mezi teplotami v bodech A, B, C a D proudu plazmatu 64a platí následující vztah:After the plasma stream 64 passes through the arc 70, it ceases to gain energy and the ions in the plasma stream 64 begin to recombine, generating thermal energy indicative of the temperature of the plasma stream 64. The concentration of charged particles in the plasma stream 64 decreases as it moves toward the substrate 36. The temperature of the plasma stream 64 is higher in areas of higher concentration of charged particles. This is evident from Fig. 6, where the temperature of the plasma stream 64 at point A (T _a ) is greater than the temperature of the plasma stream 64 at point B (T ^ ). It is apparent that the following relationship holds between the temperatures at points A, B, C and D of the plasma stream 64a:

^Ta^{> T}b> ^Tc ^>Td ^T a ^{> T} b> ^T c ^{> T} d

Je rovněž zřejmé, že teplota v bodě p (T^), je větší než teplota v bodě E (Τθ), což je povrchová teplota podložního materiálu 36.It is also clear that the temperature at point p (T^) is greater than the temperature at point E (Tθ), which is the surface temperature of the substrate material 36.

V podmínkách netransferovaného oblouku plazmový generátor zobrazený na obr. 1 a obr. 6 generuje proud plazmatu 64, který nemá dostatečnou délku, aby dosáhl povrchu podložního materiálu 36. Prakticky všechny ionty a volné elektrony v proudu plazmatu rekombinují během doby, než dospějí na povrch 38 podložního materiálu 36. Rovněž teplota povrchu 38 podložního materiálu 36 není dostatečně vysoká, aby povrch 38 Částečně nastavila. 2a této situace se mezi nástřikovým materiálem a podložním materiálem, na který je nanášen, vytváří vazba fyzikálního typu.Under non-transferred arc conditions, the plasma generator shown in Figs. 1 and 6 generates a plasma stream 64 that does not have sufficient length to reach the surface of the substrate material 36. Virtually all of the ions and free electrons in the plasma stream recombine by the time they reach the surface 38 of the substrate material 36. Also, the temperature of the surface 38 of the substrate material 36 is not high enough to partially set the surface 38. In this situation, a physical type bond is formed between the spray material and the substrate material to which it is applied.

Za situace, kdy spínače 56 a 62 jsou uzavřeny, tj. v polohách 56b a 62b, je na podložní materiál 36 přivedeno kladné napětí. Tím se proud plazmatu prodlouží tak, že dosahuje až k povrchu 38 podložního materiálu 32· V provedení podle obr. 1 a obr. 6 se proud plazmatu 64b znázorněný přerušovanou čarou prodloužil tak, že jeho konečný bod je na povrchu podložního materiálu.When switches 56 and 62 are closed, i.e. in positions 56b and 62b, a positive voltage is applied to substrate 36. This extends the plasma stream so that it reaches the surface 38 of substrate 32. In the embodiment of Fig. 1 and Fig. 6, plasma stream 64b, shown by the dashed line, has extended so that its end point is at the surface of the substrate.

Významné je, že se délka proudu plazmatu může měnit oproti polohám znázorněným na obr. 1 a obr. 6. Například působení většího kladného potenciálu na podložním materiálu způsobí prodloužení proudu plazmatu 64 tak, že se koncentrace nabitých částic u povrchu 2®.» oproti případu znázorněném na obr. 1 zvětší. Naproti tomu se přítomnost kladného potenciálu většího než nula, ale menšího než v případě znázorněném na obr. 1 projeví sice prodloužením proudu plazmatu 64 směrem k podložnímu materiálu 36, proud plazmatu 64 však bude končit v určité vzdálenosti od povrchu podložního materiálu 36.It is significant that the length of the plasma stream can vary from the positions shown in Fig. 1 and Fig. 6. For example, the effect of a greater positive potential on the substrate material will cause the plasma stream 64 to extend so that the concentration of charged particles at the surface 2®.» increases compared to the case shown in Fig. 1. In contrast, the presence of a positive potential greater than zero but smaller than in the case shown in Fig. 1 will result in the extension of the plasma stream 64 towards the substrate material 36, but the plasma stream 64 will end at a certain distance from the surface of the substrate material 36.

V důsledku toho, že proud plazmatu dosáhne povrchu podložního materiálu 36 nebo se k němu přiblíží, bude na povrchu nebo v blízkosti povrchu podložního materiálu 36 zvýšená koncentrace elektricky nabitých částic. Část povrchu podložního materiálu 36 k níž se těsně přibližují nabité částice se může zahřát natolik, že se částečně taví. částečně natavený povrch je samozřejmě chemicky reaktivnější se složkami obsaženými v proudu plazmatu 64, než povrch nacházející se v pevném skupenství. Rovněž nabité částice, tj. ionty a elektrony, jsou chemicky reaktivnější, než elektricky neutrální, nenabité sloučeniny. V důsledku toho prodloužení délky proudu plazmatu 64 k povrchu podložního materiálu zvýší tendenci k vzájemným chemickým reakcím* V případě netransferovaného oblouku nabité částice v proudu plazmatu 64 rekombinují do sloučenin ještě před nanesením na povrch podložního materiálu. Zvětšením délky proudu plazmatu 64 se zvýší koncentrace nabitých částic na roztaveném povrchu, což vede k tvorbě chemické vazby mezi složkami proudu plazmatu 21» nástřikovým materiálem a podložním materiálem 36.As the plasma stream reaches or approaches the surface of the substrate 36, there will be an increased concentration of electrically charged particles on or near the surface of the substrate 36. The portion of the surface of the substrate 36 that is in close proximity to the charged particles may become so hot that it partially melts. A partially melted surface is of course more chemically reactive with the components contained in the plasma stream 64 than a solid surface. Also, charged particles, i.e. ions and electrons, are more chemically reactive than electrically neutral, uncharged compounds. Consequently, extending the length of the plasma stream 64 to the surface of the substrate will increase the tendency for mutual chemical reactions. In the case of a non-transferred arc, the charged particles in the plasma stream 64 recombine into compounds before being deposited on the surface of the substrate. Increasing the length of the plasma stream 64 increases the concentration of charged particles on the molten surface, which leads to the formation of a chemical bond between the components of the plasma stream 21, the spray material and the substrate material 36.

Semitransferovaným obloukem se ve srovnání se známými zařízeními zvyšuje i rychlost dopadu částic nástřikového matferiálu na povrch podložního materiálu 36.The semi-transferred arc also increases the impact speed of the particles of the sprayed material onto the surface of the substrate material 36, compared to known devices.

U plazmového generátoru se semitransferovaným obloukem podle obr. 1 a obr. 6, pokud má podložní materiál dostatečný kladný potenciál, se vytvářejí podmínky umožňující vytvoření chemické vazby mezi podložním materiálem a nástřikovým materiálem. Jinými slovy výsledkem nástřiku je vytvoření vazebné vrstvy nového složení, obsahující jako součásti jak složky podložního materiálu 26, tak složky nástřikového materiálu. V některých případech se vazebná vrstva vytváří mezi podložním materiálem 36 a vrstvou nástřiku. Dále, jak již bylo dříve uvedeno, složkami vazebné vrstvy nebo nástřiku mohou být i částice obsažené ve stabilizační kapalině nebo v rotační anodě 32.In the semi-transferred arc plasma generator of Fig. 1 and Fig. 6, if the substrate material has a sufficiently positive potential, conditions are created that allow the formation of a chemical bond between the substrate material and the spray material. In other words, the result of the spray is the formation of a bonding layer of a new composition, containing as components both the components of the substrate material 26 and the components of the spray material. In some cases, the bonding layer is formed between the substrate material 36 and the spray layer. Furthermore, as previously mentioned, the components of the bonding layer or spray may also be particles contained in the stabilizing liquid or in the rotating anode 32.

V předmětném provedení se může střídavě používat transferovaného a netransferovaného oblouku i během generace plazmatu a nanášení nástřikového materiálu na podložní materiál.In the present embodiment, a transferred and non-transferred arc can be used alternately even during plasma generation and deposition of the spray material onto the substrate material.

Jinak řečeno, délka proudu plazmatu může být, vzhledem k podložnímu materiálu, nastavována, čímž pro různé etapy nástřikové operace může být proud plazmatu uveden do kontaktu s podložním materiálem a pak zase zkrácen odpojením podložního materiálu nebo snížením rozdílu napětí mezi rotační anodou 32 a podložním materiálem 36. Jak se délka proudu plazmatu 64 mění, mění se i teplotní gradient v důsledku rozdělení hustot nabitých částic v proudu plazmatu.In other words, the length of the plasma stream can be adjusted relative to the substrate material, whereby for various stages of the spraying operation the plasma stream can be brought into contact with the substrate material and then shortened again by disconnecting the substrate material or by reducing the voltage difference between the rotating anode 32 and the substrate material 36. As the length of the plasma stream 64 changes, the temperature gradient also changes due to the distribution of the densities of the charged particles in the plasma stream.

Tato možnost změn úprav délky oblouku změnou napětí mezi rotační anodou 32 a podložním materiálem 36 umožňuje ovládat tvorbu nástřikových sloučenin a strukturu nástřikových vrstev tak, jak to dosud nebylo možné.This ability to vary the arc length adjustments by changing the voltage between the rotating anode 32 and the substrate material 36 allows for control of the formation of the spray compounds and the structure of the spray layers in a way that has not been possible before.

Zvýšení teplot na povrchu podložního materiálu 36 je možno objasnit například následujícím teoretickým výpočtem, vycházejícím z následujících předpokladů: použití vody (H₂0) jako stabilizační kapaliny, napětí plazmového generátoru 360 Vss a proud generátoru cca 450 A. Pro výpočet bylo zvoleno 8 v podstatě stejně vzdálených příčných řezů (označených 0 až 7), začínajících v trysce 29 plazmového generátoru 22 (příčný řez 0) a postupujících směrem k povrchu 38 podložního materiálu 36 (příčný řez označený 7) . Příčné řezy jsou od sebe vzdáleny přibližně 10 mm a délka proudu plazmatu kolísá od 65 mm do 80 mm. Hodnoty stanovené na základě známých vztahů jsou uvedeny v tabulce č. I.The increase in temperatures on the surface of the substrate material 36 can be explained, for example, by the following theoretical calculation, based on the following assumptions: use of water ( _H20 ) as a stabilizing liquid, plasma generator voltage of 360 Vdc and generator current of approximately 450 A. For the calculation, 8 essentially equally spaced cross-sections (labeled 0 to 7) were selected, starting at the nozzle 29 of the plasma generator 22 (cross-section 0) and proceeding towards the surface 38 of the substrate material 36 (cross-section labeled 7). The cross-sections are spaced approximately 10 mm apart and the length of the plasma stream varies from 65 mm to 80 mm. The values determined on the basis of known relationships are given in Table I.

Tabulka 1Table 1

Vypočtené teploty, nostech od trysky Calculated temperatures, distance from the nozzle koncentrace částic a elektrická vodivost proudu plazmatu v různých vzdále- particle concentration and electrical conductivity of the plasma stream at various distances Přičný Transverse Vzdálenost Distance Vypočtená Calculated Vypočtená koncentrace Calculated concentration Gradient Gradient Poloměr Radius Vypočtená Calculated řez cut od trysky from the nozzle teplota temperature částic particles (n.10¹⁶ (n.10 ¹⁶ /cm” /cm” ) 0⁺⁺ ) 0 ⁺⁺ el. poten- electric potential- el. vodi- electrical conductor- el. vodi- electrical conductor- (mm) (mm) (K) (K) 0 0 H H 0⁺ 0 ⁺ H⁺ H ⁺ e e ciálu(V/cm) cial(V/cm) vého proudu plazm. (mm) plasma stream (mm) vost (Ω-m) resistance (Ω-m) 0 0 0 0 28 000 28,000 0 0 0 0 3,6 3.6 7,6 7.6 0,8 0.8 12,8 12.8 56,25 56.25 2,5 2.5 184 184 1 1 10 10 24 500 24,500 0 0 0 0 4,9 4.9 ⁹-l ⁹ -l 0 0 14,0 14.0 3,5 3.5 180 180 2 2 20 20 23 700 23,700 0 0 0 0 5,3 5.3 9,5 9.5 0 0 14,8 14.8 5 5 176 176 3 3 30 30 22 500 22,500 0 0 0 0 5,5 5.5 9,8 9.8 0 0 15,3 15.3 7 7 165 165 4 4 40 40 18 000 18,000 0 0 0 0 6,3 6.3 12,2 12.2 0 0 18,5 18.5 8 8 133 133 5 5 50 50 14 000 14,000 0,7 0.7 1,2 1.2 3,0 3.0 9,2 9.2 0 0 12,2 12.2 9 9 97 97 6 6 60 60 12 500 12,500 9,2 9.2 16,0 16.0 2,2 2.2 5,6 5.6 0 0 7,8 7.8 9 9 62 62 7 7 70 70 10 000 10,000 22,0 22.0 45,0 45.0 0 0 1,6 1.6 0 0 1,6 1.6 4 4 34 34

Jak je ze shora uvedených hodnot patrné, povrch podložního materiálu je působením proudu plazmatu možno uvést do vysoce reaktivního stavu. V různých případech využití vynálezu může být použito různých typů stabilizačních kapalin, podložních materiálů, nástřikových materiálů a elektrod.As can be seen from the above values, the surface of the substrate material can be brought into a highly reactive state by the action of the plasma stream. In different cases of application of the invention, different types of stabilizing liquids, substrate materials, coating materials and electrodes can be used.

Typickou stabilizační kapalinou je voda (H^O) , etylalkohol (CHjCHjOH) , 2-pikolin (CH-jCjjH^N) a m-toluidin (CHjCgH^NHj) . Typickými kovovými podložními materiály jsou železo (Fe) , mě 3 (Cu) nebo hliník (Al). Typickým nekovovým podložním materiálem je grafit (C). Typickým kovovým nástřikovým materiálem může být směs niklu (Ni) a chrómu (Cr), směs niklu (Ni), křemíku (Si) a boru (B) a směs niklu (Ni), ohromu (Cr) a boru (B). Typickým nekovovým nástřikovým materiálem může být oxid zirkoničitý (ZrO₂), stabilizovaný oxidem ytritým (Y₂O₃>, křemičitan zirkoničitý (ZrSiO^) , nebo oxid hlinitý (AljO^). Typickým druhem anodového materiálu může být železo (Fe) nebo titan (Ti).Typical stabilizing liquids are water (H^O), ethyl alcohol (CHjCHjOH), 2-picoline (CH-jCjjH^N) and m-toluidine (CHjCgH^NHj). Typical metallic substrates are iron (Fe), copper (Cu) or aluminium (Al). Typical non-metallic substrates are graphite (C). Typical metallic sputtering materials can be a mixture of nickel (Ni) and chromium (Cr), a mixture of nickel (Ni), silicon (Si) and boron (B), and a mixture of nickel (Ni), silicon (Cr) and boron (B). Typical non-metallic sputtering materials can be zirconium oxide (ZrO ₂ ), stabilized with yttria (Y ₂ O ₃ >, zirconium silicate (ZrSiO^), or aluminium oxide (AljO^). Typical anode materials can be iron (Fe) or titanium (Ti).

Pokud jde o obr. 2 až 5, uvádějí specifická provedení různých elektrických zapojení s druhým nezávislým stejnosměrným elektrický zdrojem. Obr. 2 a obr. 3 znázorňují nezávislý stejnosměrný zdroj 50a resp. 50b, připojený mezi katodu 30a plazmového generátoru a podložní materiál 36a. Na obr. 2 je kladný pól nezávislého elektrického zdroje 50a připojen k podložnímu materiálu 36a a záporný pól nezávislého elektrického zdroje 50a připojen k tyčové katodě generátoru 22a. Elektrické zapojení odpovídá zapojení podle obr. 1 a obr. 6. V případě obr. 3 je kladný pól nezávislého elektrického zdroje 50b připojen k tyčové katodě 30b generátoru 22b a záporný pól nezávislého elektrického zdroje 50b je připojen k podložnímu materiálu 36b.Referring to Figs. 2 to 5, specific embodiments of various electrical connections with a second independent DC power source are shown. Figs. 2 and 3 show an independent DC power source 50a and 50b, respectively, connected between the cathode 30a of the plasma generator and the substrate 36a. In Fig. 2, the positive pole of the independent power source 50a is connected to the substrate 36a and the negative pole of the independent power source 50a is connected to the rod cathode of the generator 22a. The electrical connection corresponds to that of Figs. 1 and 6. In the case of Fig. 3, the positive pole of the independent power source 50b is connected to the rod cathode 30b of the generator 22b and the negative pole of the independent power source 50b is connected to the substrate 36b.

Obr. 4 a 5 znázorňují provedení s různými elektrickými zapojeními, kde je použito druhých, nezávislých stejnosměrných elektrických zdrojů 50c nebo 50d, zapojených mezi anodami 30c nebo 30d plazmových generátorů a podložními materiály 36c nebo 36d. Obr. 4 znázorňuje provedení s kladným pólem nezávislého elektrického zdroje 50c připojeným k podložnímu materiálu 36c a se záporným pólem nezávislého elektrického zdroje 50c připojeným k anodě 30c. Obr. 5Fig. 4 and 5 show embodiments with different electrical connections, where second, independent direct current electrical sources 50c or 50d are used, connected between the anodes 30c or 30d of the plasma generators and the substrate materials 36c or 36d. Fig. 4 shows an embodiment with the positive pole of the independent electrical source 50c connected to the substrate material 36c and with the negative pole of the independent electrical source 50c connected to the anode 30c. Fig. 5

Ί znázorňuje zapojení s kladným pólem nezávislého elektrického zdroje 50d připojeným k anodě 30d a se zpáporným pólem nezávislého elektrického zdroje 50d připojeným k podložnímu materiálu 36d. Toto elektrické zapojení odpovídá provedení podle obr. 7. činnost zařízení s plazmovým generátorem zapojeným tímto způsobem bude popsána dále.Ί shows a connection with the positive pole of the independent electrical source 50d connected to the anode 30d and with the negative pole of the independent electrical source 50d connected to the substrate material 36d. This electrical connection corresponds to the embodiment according to Fig. 7. The operation of the device with a plasma generator connected in this way will be described below.

Obr. 7 znázorňuje zařízeni s plazmovým generátorem, kde záporné napětí z nezávislého stejnosměrného zdroje 50' je připojeno k podložnímu materiálu, kladný pól nezávislého stejnosměrného zdroje 50' je připojen k anodě 32'. Jsou-li spínače 56' a 62' nezávislého stejnosměrného zdroje rozpojeny, zařízení funguje jako plazmový generátor s netransferovaným obloukem. Sepnutím spínačů 56'a 62' se na podložní materiál přivede záporný potenciál. Anoda 32' má přitom kladný potenciál. V tomto případě je mezi anodou 32' a podložním materiálem 36' velký potenciálový spád, což vzhledem k elektricky vodivému proudu plazmatu 64' způsob! vznik druhého elektrického oblouku 72 mezi povrchem 38' podložního materiálu 36' a anodou 32'.Fig. 7 shows a device with a plasma generator, where the negative voltage from an independent DC source 50' is connected to the substrate material, the positive pole of the independent DC source 50' is connected to the anode 32'. If the switches 56' and 62' of the independent DC source are disconnected, the device functions as a plasma generator with a non-transferred arc. By closing the switches 56' and 62', a negative potential is applied to the substrate material. The anode 32' has a positive potential. In this case, there is a large potential difference between the anode 32' and the substrate material 36', which, due to the electrically conductive plasma current 64', causes the formation of a second electric arc 72 between the surface 38' of the substrate material 36' and the anode 32'.

Dochází tak k migrací elektronů z podložního materiálu 36' k anodě 32' a vznikají dva elektrické oblouky, jeden oblouk 70' mezi katodou 24' a anodou 32' a druhý oblouk 72 mezi podložním materiálem 36' a anodou. Druhý elektrický oblouk 72 způsobuje uvnitř proudu plazmatu 64' větší turbulence, což vede ke změnám gradientu hustoty nabitých částic. Příčný řez proudu plazmatu v bodě F na obr. 7 ukáže, že hustota nabitých částic na vnějším konci proudu plazmatu 64' je větší, než v jeho středu, tedy opačně, než u proudu plazmatu bez druhého elektrického oblouku, ϋ tohoto typu proudu plazmatu se hustota nabitých částic snižuje radiálně ze středu směrem k vnějšímu okraji.This results in migration of electrons from the substrate 36' to the anode 32', and two arcs are formed, one arc 70' between the cathode 24' and the anode 32' and the second arc 72 between the substrate 36' and the anode. The second arc 72 causes greater turbulence within the plasma stream 64', which leads to changes in the gradient of the charged particle density. A cross-section of the plasma stream at point F in FIG. 7 will show that the density of charged particles at the outer end of the plasma stream 64' is greater than at its center, i.e. the opposite of a plasma stream without a second arc, since in this type of plasma stream the density of charged particles decreases radially from the center toward the outer edge.

Jak bylo již dříve uvedeno, elektrony z druhého elektrického oblouku 72 migrují z povrchu 38' podložního materiálu 36' k anodě 32'. Tato migrace elektronů způsobuje tvorbu kladně nabitých iontů v podložním materiálu a nástřikovém materiálu nanášeném na povrch podložního materiálu. Již bylo uvedeno, že ionty podložního materiálu jsou chemicky reaktivnější vzhledem ke složkám proudu plazmatu, než k neutrálním sloučeninám nebo částicím. Migrací elektronů z podložního materiálu se vytvoří chemicky reaktivnější povrch, což vytváří další možnost ovládání reakci na povrchu podložního materiálu a tvorby chemických sloučenin nástřiku a podložního materiálu.As previously mentioned, electrons from the second arc 72 migrate from the surface 38' of the substrate 36' to the anode 32'. This migration of electrons causes the formation of positively charged ions in the substrate and the spray material deposited on the surface of the substrate. As previously mentioned, the ions of the substrate are more chemically reactive with respect to the components of the plasma stream than to neutral compounds or particles. The migration of electrons from the substrate creates a more chemically reactive surface, which provides another way to control the reactions on the surface of the substrate and the formation of chemical compounds of the spray and the substrate.

Jako zdroj pro semitransferovaný oblouk podle vynálezu se dosud uváděl druhý, nezávislý stejnosměrný zdroj 50, 50'.A second, independent DC source 50, 50' has so far been mentioned as the source for the semi-transferred arc according to the invention.

Vynález však není omezen na použití dvou takových zdrojů. Kromě možnosti použití více než dvou stejnosměrných zdrojů je možno použít pouze jediného zdroje. Například zařízení podle obr. 8 používá pouze jeden stejnosměrný zdroj 40, jehož zapojení v podstatě odpovídá zapojení podle obr. 1 s tim rozdílem, že mezi kladným pólem 42 a anodou 32 ie zapojen rezistor 80. Vedení 54 spojuje kladný pól 42 a podložní materiál 36. Rezistor 80 tvoří dělič napětí, takže napětí anody 32 je nižší než napětí podložního materiálu 36 . Také je možno použít proměnného rezistoru (neznázorněno) , zapojeného v sérii mezi anodou 32 a pólem 42, nebo v sérii mezi podložním materiálem 36 a pólem 42'7 V případě, že rezistor 80 je proměnný, délku proudu plazmatu 64 je možno měnit bud plynule nebo v malých krocích.However, the invention is not limited to the use of two such sources. In addition to the possibility of using more than two DC sources, it is possible to use only a single source. For example, the device according to Fig. 8 uses only one DC source 40, the connection of which essentially corresponds to the connection according to Fig. 1 with the difference that a resistor 80 is connected between the positive pole 42 and the anode 32. The line 54 connects the positive pole 42 and the substrate material 36. The resistor 80 forms a voltage divider, so that the voltage of the anode 32 is lower than the voltage of the substrate material 36. It is also possible to use a variable resistor (not shown) connected in series between the anode 32 and the pole 42, or in series between the substrate material 36 and the pole 42. In the case where the resistor 80 is variable, the length of the plasma stream 64 can be changed either continuously or in small steps.

Jak bylo již uvedeno, kapalinou stabilizovaný plazmový generátor se semitransferovaným obloukem může mít druhý stejnosměrný zdroj s regulovatelným výstupním napětím a proudem.As already mentioned, a liquid-stabilized plasma generator with a semi-transferred arc may have a second DC source with adjustable output voltage and current.

Možnost změn kladného náboje podložního materiálu prostřednictvím stejnosměrného zdroje je důležitým řídicím systémem.The ability to change the positive charge of the substrate material via a DC source is an important control system.

Tak například chemické reakce probíhající mezi složkami proudu plazmatu a podložním materiálem jsou obecně závislé na teplotě. Jestliže se v průběhu reakce mění teplota za níž tato reakce probíhá, může dojít k určitým změnám produktu reakce ve srovnání s reakcí probíhající za konstantní teploty. Jako příklad lze předpokládat dvě částice,¹ částici A a částici B, které mají reagovat za určité reakční teploty (T^), aby vytvořily sloučeninu AB. Pokud reakční teplota T^ zůstává v podstatě konstantní, reakce částic A a B vytvářejí sloučeninu AB bude pokračovat až dokonce. Jinými slovy, pokud reakce může nerušeně pokračovat, obdrží se sloučenina AB. Jestliže se však během reakce reakční teplota sníáí pod Určitou hodnotu, jako například zkrácením proudu plazmatu 64 tak, aby nebyl ve styku s podložním materiálem, reakce se může zastavit. Jedním výsledkem takové změny teploty může být reakční produkt, sestávající z kombinace sloučeniny AB a částic A + B.For example, chemical reactions occurring between components of the plasma stream and the substrate are generally temperature dependent. If the temperature at which the reaction occurs is varied during the course of the reaction, certain changes in the reaction product may occur compared to a reaction occurring at a constant temperature. As an example, consider two particles, ^particle A and particle B, which are to react at a certain reaction temperature (T^) to form a compound AB. If the reaction temperature T^ remains substantially constant, the reaction of particles A and B to form a compound AB will continue until even. In other words, if the reaction is allowed to proceed undisturbed, compound AB will be obtained. However, if during the reaction the reaction temperature is lowered below a certain value, such as by shortening the plasma stream 64 so that it is not in contact with the substrate, the reaction may stop. One result of such a temperature change may be a reaction product consisting of a combination of compound AB and particles A + B.

V závislosti na vlastnostech částic může reakční produkt obsahující sloučeninu AB a částice A + B vykazovat výhodné vlastnosti, nevyskytující se u čisté sloučeniny AB. Obdobně to platí o sloučeninách AB a A + B na podložním materiálu 36Depending on the properties of the particles, the reaction product containing compound AB and particles A + B may exhibit advantageous properties not found in pure compound AB. The same applies to compounds AB and A + B on a substrate 36

Je zřejmé, že možnost změn teploty povrchu podložního materiálu během nástřiku je výhodná Na povrchu podložního materiálu tak může být vytvářeno množství produktů reakce, přičemž teplota povrchu podložního materiálu může být měněna několika způsoby.It is clear that the possibility of changing the surface temperature of the substrate material during spraying is advantageous. Thus, a number of reaction products can be formed on the surface of the substrate material, and the surface temperature of the substrate material can be changed in several ways.

Teplota povrchu se může snižovat zkrácením proudu plazmatu 64a tak, že se jeho konec vzdaluje od povrchu, jak je to znázorněno na obr. 6. Toho je dosaženo rozpojením spínače 56 tak,že podložní materiál je bez napětí. Jestliže to bylo provedeno, plazmový generátor bude pracovat takovým způsobem jako generátor s netransferovaným obloukem. Sníženi teploty u podložního materiálu může být dosaženo snížením kladného napětí podložního materiálu na hodnotu nižší než výchozí, ale větší než nula. Pokud je to provedeno, proud plazmatu se zkrátí, ale méně, než když byl podložní materiál zcela odpojen od zdroje kladného napětí. Teplota se proto rovněž sníží, ale méně než při úplném odpojeni kladného napětí. Olišnosti budou záviset na specifice sloučenin a cílech jednotlivých aplikací. V zařízení podle vynálezu mohou být použity různé kombinace, s kladným napětím nebo bez něj po stanovenou dobu a v určitých intervalech. Možnost ovládání polohy nebo délky proudu plazmatu a jeho udržování v určité poloze během střikaoího procesu umožňuje ovládat vytváření nebo zastavování určitých chemických reakcí na povrchu podložního materiálu. Dále může být během nástřiku měněna i polarita podložního materiálu, čímž se jeho povrch 38 uvádí do reaktivního stavu odpovídajícího požadovaným výsledkům.The surface temperature can be reduced by shortening the plasma stream 64a so that its end is moved away from the surface, as shown in Fig. 6. This is achieved by opening the switch 56 so that the substrate material is de-energized. If this has been done, the plasma generator will operate in a manner similar to a non-transferred arc generator. The temperature reduction of the substrate material can be achieved by reducing the positive voltage of the substrate material to a value lower than the initial value but greater than zero. If this is done, the plasma stream will be shortened, but less than if the substrate material were completely disconnected from the positive voltage source. The temperature will therefore also be reduced, but less than if the positive voltage were completely disconnected. Variations will depend on the specific compounds and the objectives of the individual applications. Various combinations, with or without a positive voltage for a specified period of time and at specified intervals, can be used in the device according to the invention. The ability to control the position or length of the plasma stream and maintain it in a certain position during the spraying process allows for the control of the creation or cessation of certain chemical reactions on the surface of the substrate material. Furthermore, the polarity of the substrate material can be changed during spraying, thereby bringing its surface 38 into a reactive state corresponding to the desired results.

Claims

A circuit for forming a semitransfered arc for depositing a coating on an electrically conductive backing material, comprising a liquid-stabilized plasma generator, the cathode of which is connected with the negative pole of the first DC source and the positive anode of the first DC source and the second DC source, (50) is connected between the plasma generator cathode (24) and the backing material (36) via a switch (56).